[发明专利]一种杂多酸离子液体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子液体，具体涉及一种杂多酸离子液体及其制备方法；属于新催化剂与催化新材料领域。

背景技术

自从1951年，发现第一个室温离子液体开始后，离子液体由于具有独特的物理化学性质受到广泛的关注，其种类与应用不断被开发。近年来，更是作为生物质转化过程中的绿色溶剂和催化剂被广泛研究。

离子液体是仅由离子组成且低温下(通常低于373K)为液体的一类物质。常规的由体积较小的离子组成的熔融盐熔点较高，例如，NaCl的熔点大约在1073K。如果一种盐是由一个或者两个离子体积均较大，扩散和电荷分布不对称，离子之间的相互作用减弱，导致熔点显著降低，甚至常温下为液体。离子液体一般由有机阳离子和无机阴离子组成，并根据阳离子不同划分为咪唑类、吡啶类、吡咯啉类离子液体等，而阴离子主要有Cl^‐、Br^‐、I^‐、BF₄^‐、CH₃COO^‐、NO₃^‐、HSO₄^‐等。根据离子液体在水中的溶解性可分为亲水性离子液体和疏水性离子液体。例如，BmimCl、BmimAc、BmimBF₄等大部分的离子液体具有亲水性，BmimPF₆、BPyPF₆等为疏水性离子液体。此外，根据离子液体水溶液的酸碱性还可以分为酸性离子液体、碱性离子液体和中性离子液体，其中酸性离子液体又包括Lewis酸性离子液体和酸性离子液体。

由于离子液体具有很强的可设计性，通过改变阴阳离子的不同组合，可以得到不同结构的离子液体。离子液体的合成方法主要包括：直接合成法和两步合成法。

1)直接合成法。和Souza等利用烷基咪唑与三氟甲烷磺酸酯、三氟乙酸乙酯等反应一步法合成离子液体，并且具有较高的收率，然而所用到的原料价格较为昂贵。

2)两步合成法。首先，氯代烷与烷基咪唑等发生烷基化反应，得到目标阳离子的卤化物。由于该反应为亲核取代反应，属于高度放热过程，因此，为了避免合成过程中产生杂质，需要在干燥和惰性气氛以及较低温度条件下进行。经过萃取、干燥、重结晶等纯化处理后，用含有目标阴离子的金属盐、铵盐或者共轭酸置换出卤素离子，然后经过纯化步骤。例如，亲水性离子液体通常以水作为反应介质，反应后利用二氯甲烷萃取出离子液体，除去溶剂，真空干燥后，得到目标离子液体。

与传统熔融盐和常规有机溶剂相比，离子液体具有：(1)液态范围宽；(2)饱和蒸气压低；(3)结构可设计性；(4)溶解能力强；(5)化学和热稳定性等特点。

功能化离子液体(task specific ionic liquids)是指为了特别的应用而合成的，在阴阳离子中引入一个或多个官能团的离子液体。目前，研究得较多的是在阳离子的侧链上引入如‐OH、‐SH、‐NH₂、‐SO₃H等官能团，包括酸碱离子液体、手性离子液体、杂多酸离子液体、螯合物离子液体等，广泛应用于加氢甲酰化、不对称加氢、碳碳耦合、氧化等反应的催化剂以及有机合成溶剂、萃取剂等，具有提高反应选择性、转化率，稳定性好、容易回收等特点。但是，目前功能化离子液体的功能性比较单一，而且室温环境下的溶解度较大，催化剂回收时存在较大的机械损失。因此，设计一种具有多功能的，且在高温可溶室温环境下能在反应体系中自分离的温控多功能离子液体是十分有意义的。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种新型的多功能离子液体，实现离子液体中包含多种活性位在具体反应过程中达到高效转化的效果和达到减少催化剂回收过程的机械损失的目的。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种杂多酸离子液体的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取等摩尔量的N‐烷基咪唑与丁烷磺内酯在40‐60℃条件下反应24～48h；反应后用乙醚洗涤，真空干燥，得到白色固体内盐N‐烷基‐3‐丁磺酸基咪唑；所述N‐烷基咪唑的碳链长度为1～6个碳原子；

(2)称取等摩尔量的杂多酸和金属碳酸盐；将金属碳酸盐滴加到杂多酸溶液中，40‐60℃搅拌反应24～48h；反应后去除水溶剂后，真空干燥，得到杂多酸金属盐；所述杂多酸为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸、硅钼酸或磷钼钒酸；所述金属碳酸盐为碱式碳酸铜、碱式碳酸镍、碱式碳酸锌、碳酸锰、碳酸钴或碳酸钠；